深度解读Solana共识机制：委托权益证明和历史证明
원저자: Cookies Research
원작: 블록 유니콘
블록체인의 합의 메커니즘은 거래를 검증하고 이를 올바른 순서로 블록체인에 추가하는 역할을 합니다. 선택한 합의 메커니즘에 따라 유효성 검사 및 주문 프로세스의 효율성이 다르므로 처리량 수준도 달라집니다. 블록체인 세계에서 솔라나는 블록 시간이 400밀리초, 초당 트랜잭션(TPS)이 평균 2,000~3,000, 이론적 최고 TPS가 65,000(참고로 이더리움의 TPS는 약 12)인 고성능 체인입니다.
이 글은 솔라나에서 핵심적인 역할을 하고 높은 처리량에 기여하는 두 가지 아키텍처, 즉 위임 지분 증명(DPoS) 합의 메커니즘과 역사 증명(PoH) 메커니즘을 강조하는 것을 목표로 합니다.
1. 전통적인 합의 메커니즘
블록체인의 주요 병목 현상인 확장성을 이해하는 것부터 시작하겠습니다.
분산형 블록체인 네트워크의 각 노드에는 자체 내부 시계가 있으며 이 로컬 시스템 시계에 따라 실행됩니다. 트랜잭션이 발생하면 노드는 이 로컬 시스템 시계를 기반으로 트랜잭션의 타임스탬프를 표시합니다.
아래 그림은 노드 내부의 시계를 보여줍니다.
거래의 최종 확인 또는 거부에 대한 타임스탬프도 이 로컬 시스템 블록을 기반으로 합니다. 전통적인 합의 메커니즘(예: 작업 증명 PoW 및 지분 증명 PoS)에서 모든 노드는 트랜잭션을 처리할 때 시간을 일관되게 이해할 수 있도록 서로 통신하여 서로의 로컬 시계를 조정해야 합니다. 노드 간의 통신은 공통 시간 기반을 설정하여 전체 네트워크가 일관된 시간 인식을 갖도록 보장함으로써 거래의 순서와 확인을 조정하는 데 도움이 됩니다.
전 세계에 수천 개의 노드가 분산되어 있는 분산형 블록체인의 경우 노드 간 로컬 시스템 시계의 차이가 불가피하여 서로 다른 노드 간에 트랜잭션 타임스탬프가 일치하지 않게 됩니다. 이는 노드가 어떤 트랜잭션이 발생했는지, 해당 트랜잭션이 블록에서 발생한 순서에 동의해야 할 때 문제가 됩니다. 이를 타임스탬프 동기화 문제라고 하며, 노드 수를 늘려 네트워크가 분산화될수록 문제는 더욱 심각해지고 복잡해집니다.
궁극적으로 이로 인해 악의적인 공격이 발생할 수 있는 경로가 만들어집니다. 시간 차이로 인해 악의적인 행위자가 네트워크를 장악하려는 시도로 실제 타임스탬프와 유사한 가짜 거래를 브로드캐스트할 수 있습니다. 트랜잭션 조작을 방지하려면 타임스탬프의 정확성을 확인하는 데 상당한 시간과 처리 능력이 필요합니다. 이로 인해 블록 확인이 지연되거나 심지어 블록 거부가 발생할 가능성이 있습니다(노드가 타임스탬프가 다르기 때문에 블록을 유효하지 않은 것으로 투표할 수 있기 때문).
2. 역사증명(PoH)이란 무엇입니까?
PoH(Proof of History)는 솔라나에서 거래가 올바른 순서로 이루어졌음을 증명하는 데 사용되며, 이는 네트워크의 검증인에 의해 쉽게 검증될 수 있습니다.
섹션 1에서 언급한 각 노드가 자신만의 독립적인 시계를 갖고 있는 상황과 달리 PoH는 두 이벤트 사이의 시간 흐름을 확인하기 위해 모든 노드가 사용하는 전역 블록으로 간주할 수 있습니다. 이 글로벌 시계를 통해 노드는 동일한 거래 내역을 확인하고 거래 순서에 대해 존재할 수 있는 모든 불일치를 삭제합니다. 이를 통해 합의에 신속하게 도달할 수 있어 거래를 확인하고 블록체인에 추가하는 데 걸리는 시간이 크게 단축됩니다.
PoH는 암호화 방법을 사용하여 연속적이고 시간순으로 거래 기록을 생성합니다. 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.
3. PoH 기술에 대한 심층적 논의
각 거래는 모든 입력을 받아들이고 예측할 수 없는 고유한 출력을 생성하는 기능으로 알려진 암호화 해시 기능인 SHA-256을 통해 처리됩니다. 트랜잭션이 해시되면 해당 출력이 다음 트랜잭션 해시의 입력이 됩니다. 이 프로세스는 해시 출력에 내장된 트랜잭션 순서를 설정하여 길고 연속적인 체인을 형성합니다.
PoH(Proof of History)는 블록체인에서 시간의 흐름에 대한 의미를 검증하는 검증 가능한 지연 기능(VDF)을 활용합니다. VDF는 이전 해시뿐만 아니라 경과 시간에도 의존하는 계산 집약적인 함수입니다. 이 메커니즘을 통해 솔라나는 실제 경과 시간을 암호화 방식으로 표시하여 지속적인 출력을 생성할 수 있습니다. 결과적으로, 명확하고 검증 가능한 거래 순서가 있어 일관된 이벤트 타임라인이 보장됩니다. 따라서 유효성 검사기는 경과된 시간을 쉽게 확인할 수 있어 네트워크의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
솔라나에서 PoH(역사 증명)를 사용하면 강력한 보안 및 무결성 계층이 추가됩니다. 해시 체인의 일부를 변조하려면 모든 후속 해시를 다시 계산해야 하며, 이는 변경 사항으로부터 네트워크를 보호하기 위한 노력 집약적인 노력입니다.
PoH(역사 증명)는 검증자가 블록당 처리해야 하는 정보의 양을 크게 줄입니다. 최신 거래 상태의 해시 버전을 사용하면 블록 확인 시간이 크게 단축됩니다. 검증자(또는 복제 노드)가 블록을 수신하면 PoH(역사 증명) 시퀀스는 재검증 없이 신뢰할 수 있는 암호화된 신뢰할 수 있는 트랜잭션 순서를 제공합니다. 네트워크가 블록 검증을 위해 다음 검증자를 신속하게 선택하고 이동할 수 있기 때문에 이러한 효율성은 합의 메커니즘의 속도를 높이는 데 매우 중요합니다.
4. 위임 지분 증명(DPoS)
이번 섹션에서는 PoH에 대한 더 나은 이해를 바탕으로 솔라나의 합의 메커니즘(DPoS)에 PoH가 어떻게 적용되는지 설명하겠습니다.
DPoS에서는 $SOL을 스테이킹한 모든 검증인이 네트워크 거버넌스에 참여할 수 있습니다. 즉, 블록의 유효성에 대해 투표하고 이를 블록체인에 추가할지 여부를 결정합니다. 지분 증명 프로세스에 직접 참여하고 싶지 않은 $SOL 보유자(당신과 나를 포함)는 자신의 토큰을 다른 검증인에게 위임하여 효과적으로 위임자가 될 수 있습니다. 이 위임 프로세스는 위임자의 투표권(보유한 $SOL 금액에 비례)을 검증자에게 분배합니다. $SOL을 스테이킹하는 대가로 위임자는 블록 보상의 일부를 받게 됩니다.
DPoS 시스템은 거래를 검증하고 이를 블록체인에 추가하기 위해 더 큰 지분을 가진 노드가 선택될 가능성이 더 높다는 원칙에 따라 운영되며, 블록 보상을 얻을 수 있는 기회는 노드가 높은 수준의 성능과 무결성을 유지하도록 장려합니다.
이제 우리는 DPoS와 PoH를 모두 이해했으므로 이 지식을 결합하여 솔라나에서 일반적인 블록 확인이 어떻게 나타나는지에 대한 개요를 제공하겠습니다.
5. 솔라나 합의 메커니즘에 대한 높은 수준의 개요
1. 리더 노드 선택: 리더 노드는 PoH 시퀀스(Proof of History Ordering Transactions) 생성과 블록 생성을 담당합니다.
이 선택 프로세스는 노드의 지분 가중치를 기반으로 하며, 이는 노드에 위임한 토큰 보유자에 의해 증가됩니다. 리더십 역할은 검증자 간에 순환됩니다.
2. 트랜잭션에 타임스탬프 추가: 리더 노드는 트랜잭션을 수신하고 PoH를 사용하여 타임스탬프를 지정하여 트랜잭션 시퀀스를 형성합니다.
3. 블록 생성: PoH의 시퀀스를 통해 리더 노드가 블록 생성을 시작합니다.
4. 블록 전파: 새로 생성된 블록은 복제 노드(분산 네트워크의 다른 검증자)로 전송됩니다.
5. 트랜잭션 유효성 확인, 레플리카 노드는 다음 두 가지 구성 요소를 확인합니다.
a.트랜잭션 순서: PoH 순서를 사용하여 트랜잭션이 올바른 순서로 정렬되었는지 확인합니다. 글로벌 시계이기 때문에 이 검증에는 PoW 및 PoS와 같은 일반적인 합의 메커니즘과 달리 노드 간의 왕복 통신이 필요하지 않습니다.
b.거래 유효성: 거래가 네트워크 규칙을 준수하고 유효한지 확인합니다.
6. 블록 확정: 거래 순서와 유효성을 확인한 후 블록이 블록체인에 추가됩니다. 그런 다음 다음 리더 노드가 선택되고 전체 프로세스가 다시 시작됩니다.
결론적으로
솔라나는 QUIC, 지분 가중 QoS, 현지화된 수수료 시장을 포함한 최근 개발을 통해 블록체인 아키텍처를 개선하기 위해 끊임없이 노력해 왔습니다. 또한, 생태계는 Firedancer의 출시로 효율성이 크게 향상될 것으로 기대하고 있습니다. 솔라나의 독특한 아키텍처인 OPOS(솔라나 전용)가 새로운 사용 사례를 가져올 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
